EH-4在姚冲钼矿区含水层识别中的应用

一第３８卷第４期物一探一与一化一探Ｖｏｌ．３８，Ｎｏ．４一一２０１４年８月ＧＥＯＰＨＹＳＩＣＡＬ＆ＧＥＯＣＨＥＭＩＣＡＬＥＸＰＬＯＲＡＴＩＯＮＡｕｇ．，２０１４一

ｄｏｉ：１０．１１７２０／ｗｔｙｈｔ．２０１４．４．３４

杨永千，王明明，赵天平，等．ＥＨ?４在姚冲钼矿区含水层识别中的应用［Ｊ］．物探与化探，２０１４，３８（４）：８２０－８２４．ｈｔｔｐ：／／ｄｏｉ．ｏｒｇ／１０．１１７２０／ｗｔｙｈｔ．２０１４．４．３４

ＹａｎｇＹＱ，ＷａｎｇＭＭ，ＺｈａｏＴＰ，ｅｔａｌ．ＴｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＥＨ?４ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｓｏｕｎｄｉｎｇｔｏｔｈｅａｑｕｉｆｅｒｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎｉｎｔｈｅＹａｏｃｈｏｎｇｍｏｌｙｂｄｅｎｕｍｍｉｎｉｎｇａｒｅａ［Ｊ］．ＧｅｏｐｈｙｓｉｃａｌａｎｄＧｅｏｃｈｅｍｉｃａｌＥｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ，２０１４，３８（４）：８２０－８２４．ｈｔｔｐ：／／ｄｏｉ．ｏｒｇ／１０．１１７２０／ｗｔｙｈｔ．２０１４．４．３４

ＥＨ?４在姚冲钼矿区含水层识别中的应用

杨永千１，２，王明明１，２，赵天平１，２，袁稳１，２

（１．河南省有色金属地质勘查总院，河南郑州一４５００５２；２．河南省有色金属深部找矿勘查技术研究重点实验室，河南郑州一４５００５２）

摘要：河南省新县姚冲钼矿是一个中型钼矿床，针对矿床做了水文地质研究工作，为解决含水层性质问题，了解矿区内 Ｖ 断裂与矿区内风化裂隙含水层及断裂脉状含水层的相关性，使用ＥＨ?４对 Ｖ 断裂进行了剖面测量三结果表明：姚冲矿区所实施的４条电磁测深剖面很好地解决了矿区内 Ｖ 断裂带的分布及影响范围，音频大地电磁测深方法很好地解释了姚冲矿区中风化裂隙含水层及断裂脉状水的统一问题，较为直观地显示了含水层的厚度二水文地质边界等含水层要素，对于未来矿区涌水量预测有不可忽视的作用三

关键词：ＥＨ?４；姚冲钼矿；水文地质；电磁测深；断裂；含水层

中图分类号：Ｐ６３１一一一文献标识码：Ａ一一一文章编号：１０００－８９１８（２０１４）０４－０８２０－０５

一一地球物理技术在含水层识别方面已经有了４０多年的成熟经验，一般来说，在寻找浅层含水层时多使用电阻率法［１－２］，在深层断裂及大厚度含水层水识别方面，ＥＨ?４音频大地电磁法有更好的效果［３－８］三河南省新县姚冲钼矿是近年来在大别山地区发现的一个中型规模的钼矿床，地表覆盖层及片麻岩风化层较厚，常规电阻率法探测深度较浅，无法有效揭穿整个目标含水层位，仅仅通过钻探工作难以判断矿区内各含水层的性质及其相关性；因此，使用ＥＨ?４音频大地电磁法来辅助解决矿区内含水层的分布范围和 Ｖ 断裂的性质三工作结果表明，使用该方法获得了其他勘查方法无法达成的效果三１一矿区水文地质特征

矿区位于淮河支流潢河谷地水文地质区（潢）河东低山丘陵变质岩裂隙水亚区东北部，丘陵地貌，海拔最高７６５ｍ，最低６７ｍ；冲沟发育，以分水岭为中轴呈雁翅状排列，冲沟两侧有基岩裸露，多为中元古界周河群片麻岩，地面最大坡度３５?，一般１５?左右；风化层厚度小于７ｍ，植被发育较好三地表水系发育，自东向西流入潢河三

矿区有第四系（Ｑ）堆积物孔隙含水层和中元古收稿日期：２０１３－０５－３０界周河片麻岩（Ｐｔ２Ｇｎ）裂隙含水层三第四系堆积物孔隙含水层位于二道河至卓湾大队一带，潢河河床为第四系冲（洪）积堆积物，沿两岸呈条带状展布，宽度约５３０ｍ三中元古界周河片麻岩（Ｐｔ２Ｇｎ）裂隙含水层是矿区的主要含水层三矿区分布的裂隙水可分为风化带裂隙水和断裂脉状水三

风化裂隙水：风化裂隙大部分沿片麻理方向发育，在岩层中所占有的赋存空间很小，分布不均匀，在空间上的展布无明显的方向性三裂隙延伸较短，连通性较差，裂隙岩层形不成具有统一水力联系二水量分布均匀的含水层，裂隙水流程短，一般就地补给二就地排泄三

断裂脉状水主要是由 Ｖ 断裂及其断裂过程中形成的构造裂隙组成的一个储水空间而形成的含水层，一般具低电阻特征，与围岩或隔水层的电阻率差异较为明显，这是本次物探工作的物性前提三姚冲钼矿区有１１个主矿体，编号为Ｍ１ Ｍ１１三Ｍ１ Ｍ４赋存标高为３０８ ６０ｍ，Ｍ５ Ｍ１１赋存标高为５５ －３６０ｍ三Ｍ５ Ｍ１１矿体在当地最低侵蚀基准面（６７ｍ）以下，但矿体的钼金属资源量占矿床资源量比例７０％以上［７］三

Ｍ１ Ｍ１１钼矿体位于 Ｖ 断裂半封闭区域，伴

一４期杨永千等：ＥＨ?４在姚冲钼矿区含水层识别中的应用

生裂隙较发育，但断裂影响造成的宽度和深度信息未知，且其与各含水层的关系仅通过钻探工作难以识别，因此选择了对含水线性构造较为敏感二探测深度较大的ＥＨ?４测量系统对矿区断裂进行了识别三２一工作方法

ＥＨ?４电磁测深使用混合场源，采用张量模式测量，通过在地面采集不同频点对应的相互正交的电场分量（Ｅｘ二Ｅｙ）和磁场分量（Ｈｙ二Ｈｘ）等信息，根据电磁阻抗张量分解反演原理，把通过功率谱分析和最小二乘法估算所得到的张量阻抗元素Ｚｘｘ二Ｚｙｙ二Ｚｘｙ二Ｚｙｘ拟合到地下地质体电性主轴上的电阻率，能更好地反映地质体构造特征三

此次物探工作布置４条测深剖面，１二２线和３二４线分别控制 Ｖ 形断裂的一翼（图１）三点距２０ｍ，剖面长度均为８００ｍ三

图１一姚冲矿区ＥＨ?４工程布置平面

３一结果讨论

３．１一物探解释

根据电磁测深结果反演的电阻率等值线断面（图２）显示，１号二２号测线总体电阻率偏低，低阻带发育，分别对应一个向下延伸较深的低阻带，说明在中浅部裂隙较为发育，在中深部存在一个切穿地层较深的断裂，其低阻带为一个含水地段；３号二４号测线在中深部电阻率偏高且整合，低阻带主要发育在标高－１００ｍ以上的地层，形态完整，说明在－１００ｍ以上应为构造裂隙含水层，而在－１００ｍ以下的地层可视为隔水层三

从宏观上分析，测区东南部１二２线控制的范围在研究深度内岩体破碎，富水构造及断裂带易发育，为地下水的赋存和径流提供了有利的地质条件；测区西北部３二４线控制的范围在标高－１００ｍ以下的岩性完整，在－１００ｍ至地表这段地层类同于１二２线范围的地质情况三

图２ａ中，在高程０ ２６４ｍ地层，电阻率?２５００Ω四ｍ，电磁测深剖面上此段表现为超低阻层，根据附近的ＺＫ０００１二ＺＫ３二ＺＫ４二ＺＫ６等资料，此处岩性基本为片麻岩和覆盖层第四系亚砂土三此外，该区降雨充沛，大地水准面以上地层易受到地表水向下渗透和侵蚀作用，风化的片麻岩岩石空隙较大容易充水，第四系亚砂土疏松易含水，引起相应岩性电阻率变低，说明在大地水准面以上这段地层片麻岩地层破碎，裂隙发育三在高程－３６０ ０ｍ范围内，电阻率表现为分布不均匀的中二低阻，在距离０ ３６０ｍ，电阻率表现为中阻（２５００ ４０００Ω四ｍ），其顶部在形态上褶曲强烈；依据ＺＫ３资料，岩性初步判断为褶皱强烈的破碎蚀变片麻岩类，其中在１５０ ３００ｍ二

４２０ ５６０ｍ处为一个形态上类同向斜的构造，轴部表现为低阻带，向上延伸至地表，分别推断为断裂带Ⅰ二Ⅱ，在３６０ ８００ｍ处为中阻夹层低阻（１２５ ４０００Ω四ｍ），其中在标高－３００ｍ至地表，距离６２０ ７２０ｍ处为一近似直立状的夹层低阻带（１２５ １５００Ω四ｍ），标高－３００ｍ左右近水平偏向小号点方向，分别推断为断裂带Ⅲ二Ⅳ三

２线和１线同属一条断裂带上的两条控制测线，线方位角都为３０８?，线距４００ｍ，所以两条测线在研究地表下地质信息方面具可比性三从对比结果可以看出，２线在标高０ｍ至地表段电阻率特征与１线相近，表现为大地水准面上的低阻区域，推测是由风化严重的片麻岩及发育构造裂隙引起三在２５０ ４００ｍ范围存在一个穿透整个研究深度的低阻带（０ １１２５Ω四ｍ），产状近似直立，推测为断裂带Ⅰ；距离６００ ７３０ｍ，标高１７０ ２７０ｍ左右存在一低阻带（１２５ ７５０Ω四ｍ），出露至地表，推测为断裂带

四１２８四

物一探一与一化一探３８卷

一

图２一姚冲矿区ＥＨ?４电磁测深反演电阻率断面

Ⅱ；断裂带Ⅱ向地下偏右方向延伸至标高１７０ｍ处

出现左向分支Ⅲ和Ⅳ，断裂带Ⅲ继续向小号点（偏左）方向延伸，与断裂带Ⅰ在标高－２２０ｍ处汇合；断裂带Ⅳ为一倒立漏斗状的低阻带，电阻率偏高（７５０ １６５０Ω四ｍ）三

３线二４线的电阻率形态比较简单，在标高－２５０

ｍ以下均表现为整合的高阻区域，推测此区段岩性

完整，构造裂隙不发育，无地下水覆存或径流地质条件三３号线在标高－２５０ｍ至地表段反演电阻率横跨范围较广，在０ １２０００Ω四ｍ内变动，距离５０

２１０ｍ内包含一个低阻带（１２５ １５００Ω四ｍ），该低阻带在标高２２０ １００ｍ左右偏左倾斜，在标高１００ －５０ｍ段偏右转折，其顶部与地表相连，底部形成封闭的漏斗状，推断为断裂带Ⅴ；当地下水补给和汇水条件满足时该构造易形成富水区域三在距离４００ ８００ｍ内存在一个类同断裂带Ⅴ的漏斗状低阻，顶部由推测的断裂带Ⅵ和Ⅶ汇交三４线在标高－１００ｍ至地表的电阻率较小，低阻带发育，其中距离１６０ ２２０ｍ，标高７０ｍ至地表发育一条低阻带（＜１５００Ω四ｍ），推测为断裂带Ⅰ；在距离３７０ ６５０ｍ内，根据电阻率形态同理推测出断裂带Ⅵ二Ⅶ二Ⅷ三

同样，３线和４线也是同属一条断裂带上的两

条控制测线，线方位角为６０?，线距４００ｍ三可以看出，两条测线整体上电阻率分布对应较好，说明在３号二４号线控制范围内，中二深部岩性变化不大三

显而易见， Ｖ 断裂左翼向下延伸深度标高约为－１００ｍ，倾向２４０?左右，倾角约７０?，沿走向延伸长约１．５ｋｍ，仅切穿片麻岩风化裂隙弱含水层，构造裂隙发育深度１００ ３００ｍ，平均发育厚度１５０ｍ，构造裂隙自该断裂南西至东北方向有发育深度逐渐延深趋势三 Ｖ 断裂右翼，倾向约１２０?，近于直立，在区域上沿走向延伸长约５ｋｍ，将地表出露宽１ ２ｋｍ的晚古生代含榴花岗岩（Ｐｚ２γ）岩脉错移，并一直向北延伸到范河附近河床三该断裂在地表形成沟坎，王李河沿着该沟坎向北流动三该地段风化或受构造影响的裂隙发育深度一般在１００ ５００ｍ，平均发育深度３００ｍ，最大发育深度超过１０００ｍ，为该断裂的主断裂地段，裂隙发育呈现从断裂中间向两端逐渐变薄的趋势三

四

２２８四

一４期杨永千等：ＥＨ?４在姚冲钼矿区含水层识别中的应用３．２一含水层性质识别

图４为根据电磁测深剖面作出的水文地质解释结果三图中可见，风化裂隙的发育深度受到断裂的影响三１二２号线针对 Ｖ 断裂的右翼北北东向断裂，该断裂发育深度浅至０ｍ，深达到－８００ｍ之多，断裂为长短不一近于平行排列的断裂带，三维形态

呈 Ｔ 型，从中间到两侧裂隙发育深度突兀变浅，隔水层被 Ｔ 含水层（断裂）分成左右两部分三３二４号线针对 Ｖ 型断裂的左翼北北西向断裂，断裂发育深度浅至１００ ２００ｍ，深不超过－１００ｍ，发育深度较为稳定，其上为含水层，下为隔水层，三维形态呈不规则长方体

三

图３一姚冲矿区４条电磁测深剖面水文地质解释成果

一一北北西向断裂及北北东向断裂外侧较远地段为高阻区，反演电阻率值变大，其外围深部可以作为隔水边界处理，在两断裂交汇闭合区域，电阻率值处于低阻区，显示为裂隙发育区，为矿区内主要含水层位，而且在风化裂隙发育段与构造裂隙发育段没有明显隔水层存在；因此，可以将风化含水层及断裂脉状水含水层划为统一的裂隙含水层三

总体来看，在 Ｖ 断裂左翼，自西向东覆盖层深度从标高２００ １００ｍ逐渐过渡到标高－２００ －１５０ｍ时，矿区含水层厚度逐渐变厚，再向上到０ｍ处含水层又逐渐变薄；在 Ｖ 断裂右翼，标高０ －８００ｍ处含水层厚度突兀变大，从标高－８００ｍ到矿区边缘，含水层厚度逐渐变薄且呈舌状延伸入隔水层中，

有潜水含水层转承压含水层趋势三

３．３一异常水文地质现象解释

矿区在钻探过程中，水文地质现象与整体情况有迥异之处，结合ＥＨ?４测深剖面结果进行了水文地质解释三

在电磁测深剖面中可以看出低阻体中存在呈孤岛状高阻体，而其直接反映是在部分揭穿孤岛状高阻体地质钻孔中多见涌水现象，显示出承压水的性质；该现象与整个潜水含水层性质相悖三根据整个电磁测深剖面解释研究，认为地质钻孔中承压水现象是基于潜水含水层中部分隔水孤岛影响导致，统一了整个含水层性质三

ＺＫ１２０５孔口标高１９４．６ｍ，在深６５ｍ处揭穿潜

四

３２８四

物一探一与一化一探３８卷一

水含水层舌状侵入边缘部分开始涌水，水位标高最高达到１９７ｍ，揭露断裂厚度约３ｍ三３２日后，涌水现象停止，涌水流量平均１Ｌ／ｓ，总涌水量约２５００

ｍ３三可以认为潜水含水层向隔水层舌状侵入部分含水层有承压水性质三姚冲矿区钼矿体处于 Ｖ 断裂的半封闭区域内，其承压含水层部分对矿床充水影响微弱，不影响对钼矿床有威胁的含水层性质识别三

４一结论

在姚冲矿区所实施的４条音频电磁测深剖面很好地解决了矿区内 Ｖ 断裂带的分布及影响范围，对断裂的规模有了直观的认识三

此次物探工作很好地解释了姚冲矿区中风化裂隙含水层及断裂脉状水的统一问题，可以将两个个含水层作为一个含水层；较为直观地显示了含水层的厚度二水文地质边界等含水层要素，对于未来矿区涌水量预测有不可忽视的作用；对矿区中一些异常的水文地质现象（诸如隔水孤岛）作出了明确的解释三

音频大地电磁测深方法的勘探深度大，受场地限制较小，在识别复杂含水层性质上有极为重要的应用意义三

参考文献：

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ＴｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＥＨ?４ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｓｏｕｎｄｉｎｇｔｏｔｈｅａｑｕｉｆｅｒｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ

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Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｅＹａｏｃｈｏｎｇｍｏｌｙｂｄｅｎｕｍｄｅｐｏｓｉｔｉｓａｍｅｄｉｕｍ－ｓｉｚｅｄｄｅｐｏｓｉｔ，ｉｎｗｈｉｃｈｈｙｄｒｏｇｅｏｌｏｇｉｃａｌｗｏｒｋｈａｓｂｅｅｎｄｏｎｅ．Ｆｏｒｔｈｅｐｕｒ?ｐｏｓｅｏｆｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｎｇｔｈｅｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｔｈｅａｑｕｉｆｅｒ，ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙｔｈｅｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｏｆｔｈｅ＂Ｖ＂?ｓｈａｐｅｄｆｒａｃｔｕｒｅｔｏｔｈｅｗｅａｔｈｅｒｉｎｇｆｉｓｓｕｒｅａｑｕｉ?ｆｅｒａｎｄｔｈｅｆｒａｃｔｕｒｅｖｅｉｎｅｄａｑｕｉｆｅｒ，ｔｈｅａｕｔｈｏｒｓｕｓｅｄＥＨ?４ｔｏｃｏｎｄｕｃｔｐｒｏｆｉｌｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｏｆｔｈｅ＂Ｖ＂?ｓｈａｐｅｄｆｒａｃｔｕｒｅ．ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｆｏｕｒｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｓｏｕｎｄｉｎｇｐｒｏｆｉｌｅｓｍｅａｓｕｒｅｄｉｎｔｈｅＹａｏｃｈｏｎｇｍｉｎｉｎｇａｒｅａｃａｎｃｌｅａｒｌｙｄｅｔｅｃｔｔｈｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎａｎｄｉｎｆｌｕｅｎｃｉｎｇｒａｎｇｅｏｆｔｈｅ＂Ｖ＇?ｓｈａｐｅｄｆｒａｃｔｕｒｅｚｏｎｅ，ｔｈａｔｔｈｅａｕｄｉｏ?ｆｒｅｑｕｅｎｃｙｍａｇｎｅｔｏｔｅｌｌｕｒｉｃｓｏｕｎｄｉｎｇｃａｎｂｅｔｔｅｒｓｏｌｖｅｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｏｆｔｈｅｕｎｉｆｉｃａｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｗｅａｔｈｅｒｉｎｇｆｉｓｓｕｒｅａｑｕｉｆｅｒａｎｄｔｈｅｆｒａｃｔｕｒｅｖｅｉｎｅｄｗａｔｅｒ，ａｎｄｔｈａｔｔｈｅｅｓｓｅｎｔｉａｌｆａｃｔｏｒｓｏｆｔｈｅａｑｕｉｆｅｒｓｕｃｈａｓｉｔｓｔｈｉｃｋｎｅｓｓａｎｄｉｔｓｇｅｏｌｏｇｉｃａｌｂｏｕｎｄａｒｙｃａｎｂｅｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｅｄｑｕｉｔｅａｕｄｉｏ?ｖｉｓｕａｌｌｙ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｏｂｔａｉｎｅｄｂｙｔｈｅａｕｔｈｏｒｓｃａｎｐｌａｙａｃｏｎｓｉｄｅｒａｂｌｅｒｏｌｅｉｎｔｈｅｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅｉｎｆｌｏｗｏｆｗａｔｅｒｉｎｔｈｅｍｉｎｉｎｇａｒｅａｉｎｔｈｅｆｕｔｕｒｅ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＥＨ?４；Ｙａｏｃｈｏｎｇｍｏｌｙｂｄｅｎｕｍｄｅｐｏｓｉｔ；ｈｙｄｒｏｇｅｏｌｏｇｙ；ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｓｏｕｎｄｉｎｇ；ｆｒａｃｔｕｒｅ；ａｑｕｉｆｅｒ

作者简介：杨永千（１９８０－），男，工程师，从事矿床开采技术条件研究二矿产勘查工作三

四４２８四

潜水——微承压含水层给水参数确定方法的研究

潜水——微承压含水层给水参数确定方法的研究 陈庆秋 （华南理工大学南方水政策研究中心） 摘要：基于考虑潜水层重力释水滞后作用条件下潜水——微承压含水层完整单井非稳定流的解析解, 讨论了布尔顿给水强度公式中给水度的物理内涵，指出布尔顿给水强度公式中的给水度是“动态稳定给水度”；探讨了布尔顿潜水井流模型中延迟指数的物理意义，得出了如下猜想性的定义：布尔顿延迟指数1/α表征潜水含水层在完整单井定流量抽水时，重力疏干迟后性的一个水文地质参数；对于确定的含水层，该参数是抽水流量和抽水时间函数，当抽水流量一定时，在抽水过程中的某一时刻t 的1/α 值等于潜水面从埋深为h(t ’)外下降一个单位深度后，在埋深为h(t ’)－1［h(t)坐标向下为正］的单位面积上获得给水度μ大小的水量所需。该文在探讨了布尔顿给水强度公式中的给水度及延迟指数的物理意义后，还提出了一种考虑潜水层重力释水滞后作用条件下潜水——微承压含水层完整单井非稳定流参数的确定方法。考虑到所提出的潜水——微承压含水层完整单井非稳定流参数的确定方法借鉴布尔顿的第二潜水井模型的参数确定方法，该文还讨论了布尔顿潜水井流模型适应性。 关键词：潜水——微承压含水层；含水层参数；方法 1 考虑潜水层重力释水滞后作用条件下潜水——微承压含水层 完整单井非稳定流参数确定方法的理论基础 1.1考虑潜水层重力释水滞后作用条件下潜水——微承压含水层完整单井非稳定流的数学描述 潜水层： ?? ? ? ???==??+??=-===--?0201010)(1 11*11210z z t t t s s s d e s t s b s s K τταμμτα